Việc xem xét, đánh giá chi tiết sai số của kết quả thực nghiệm cũng như của phương pháp số trong nghiên cứu là rất cần thiết. Tuy nhiên, trong khuôn khổ của nghiên cứu này, đánh giá sai số chỉ được xem xét trong giới hạn ở sai số tương đối giữa hai phương pháp đã được tiến hành.
Sai số tương đối lớn nhất của hệ số lực cản khí động CD, được thực tính như sau: σ = | |*100% ) ( ) ( ) ( mp D TN D mp D C C C
Sai số tương đối lớn nhất của hệ số lực nâng khí động CL, được thực tính như: σ = | |*100% ) ( ) ( ) ( mp L TN L mp L C C C
Trên cơ sở đó, sai số tương đối lớn nhất giữa hai phương pháp được xác đinh. Đối với hệ số lực cản sai số lớn nhất khoảng 13,6% và đối với hệ số lực nâng là 78%. Như vậy, đối với hệ số lực cản sai số từ kết quả thu được của hai phương pháp là có thể chấp nhận được. Tuy nhiên, đối với hệ số lực nâng sai số thu được là
rất lớn và vùng có sai số lớn này rơi vào giải nghiên cứu khi tốc độ của xe lớn. Liên quan đến sai số của hệ số cản khí động CD sở dĩ sai số là tương đối nhỏ có thể được giải thích bởi các nguyên nhân sau:
- Bộ gá đặt để đo hệ số CD là tương đối chắc chắn, do loadcell được gá theo phương thẳng đứng và điều này lảm giảm khoang cách gá từ thành xuống loadcell.
- Hệ số lực cản tương đối lớn, do đó các thiết bị đo, ảnh hưởng của sai số sẽ không ảnh hưởng lớn tới kết quả.
- Sai số do yếu tố hình học của xe, điều kiện làm việc, sai số của thiết bị đo… Đối với hệ số lực nâng CL sai số có thể được giải thích bởi các nguyên nhân sau:
- Loadcell khi gắn vào bộ gá nằm theo phương ngang, do đó bộ gán phải hạ thấp rất sâu so với thành và điều này có thể tạo sự thiếu chắc chắn. Đặc biệt là khi tốc độ của dòng lớn nó sẽ tạo sai số lớn
- Hệ số lực nâng là rất nhỏ vì vậy bản thân thiết bị đo cũng có thể là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến sai số.
- Lực nâng thực chất là sự trên lệch áp suất giữa mặt trên và mặt dưới của xe. Do đó sai số này có thể đến từ việc bề mặt phía dưới của mô hình xe làm thí nghiệm không hoàn toàn giống với mặt dưới của mô hình xe khi xây dựng mô phỏng. Cụ thể là đối với mô hình thí nghiệm, mặt dưới có các điểm gồ ghề mô phỏng theo hệ thống truyền động như thực tế, đồng thời điểm tiếp giáp giữa bánh và sàn cũng không phẳng. Trong khí đó, ở mô hình mô phỏng thì mặt dưới là hoàn toàn bằng phẳng.
Ngoài ra còn một số nguyên nhân khác dẫn tới kết quả chưa giống nhau như mô hình xe làm thí nghiệm là mô hình 3D trong khi mô hình mô phỏng là 3D. Sai số cũng có thể do quá trình mô phỏng, một số thông số như cường độ xoáy đầu vào được để ở dạng lý tưởng ở đầu vào inlet khoảng 10% trong khi đó cường độ xoáy thực tế trong thực nghiệm tại cửa hút ống khí động ta không kiểm soát được.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận
Qua quá trình nghiên cứu về đặc tính khí động của xe chúng tôi có thể khẳng định rằng đặc tính khí động đóng vai trò rất quan trọng trong việc thiết kế, chế tạo ô tô. Đề tài đã tìm hiểu và đánh giá được các ảnh hưởng cơ bản của các thông số hình học như hình dáng xe, độ vát đầu, đuôi và gầm xe đến đặc tính khí động của xe trên cơ sở khai thác các công trình nghiên cứu trên thế giới. Đồng thời tìm hiểu được hai phương pháp cơ bản nhằm xác định đặc tính khí động học của xe đó là phương pháp mô phỏng số và phương pháp thực nghiệm. Thông qua đó, luận văn cũng đề xuất triển khai nghiên cứu đặc tính khí động học của xe trên cơ sở một mẫu xe thực là mẫu BMW X6.
Phương pháp mô phỏng số được ứng dụng, thông qua phần mềm mô phỏng số Fluent. Trong khuôn khổ nghiên cứu, mô hình mô phỏng được giới hạn ở dạng 2D. Các kết quả nghiên cứu cho phép quan sát được các phân bố về vận tốc và áp suất quanh xe khi xe chuyển động trong giải vận tốc từ 30 đến 130 km/h. Từ đó giúp chúng tôi có thể hiểu hơn về sự biến đổi các phân vùng áp suất, vận tốc xung quanh xe. Thêm vào đó, các hệ số khí động học tương ứng với lực cản và lực nâng của xe được xác định cho phép xây dựng được mối quan hệ giữa các hệ số này với tốc độ xe. Ngoài ra, trong phần ứng dụng phương pháp số này, nghiên cứu còn triển khai đánh giá được ảnh hưởng của việc thay góc nghiêng phần đuôi của mẫu xe này từ 0 đến 15 độ. Nghiên cứu chỉ ra rằng, với góc nghiêng khoảng 5 độ thì hệ số lực cản sẽ đạt giá trị nhỏ nhất.
Đối với phương pháp thực nghiệm, các trường hợp nghiên cứu cũng được thực hiện tương đồng với mô phỏng số. Ở đây, mô hình xe được đặt trong ống khí động và thiết bị đo được sử dụng để đo hệ số lực nâng, lực cản là loadcell có giải đo từ 0 đến 6 N. Kết quả thu được từ thực nghiệm cho thấy hệ số lực cản là tương đồng với kết quả thu được từ mô phỏng. Sai số tương đối lớn nhất đối với hệ số lực cản là 13,5%. Tuy nhiên, đối với hệ số lực cản ở trường hợp tốc độ của xe lớn thì sai số tương đối thu được từ hai phương pháp nghiên cứu là tương đối lớn.
Tóm lại, thông qua nghiên cứu trong luận văn này, các kết quả thu được có thể tóm tắt sơ lược như sau:
- Nghiên cứu, tổng hợp được các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến đặc tính khí động của xe.
- Xây dựng mô hình và thiết lập được bài toán mô phỏng số dưới dạng 2D. Từ đó đánh giá được đặc tính khí động của xe đối với mẫu BMW x6.
- Xây dựng được mô hình và tiến hành thực nghiệm đối với mẫu BMW x6 trong ống khí động. Từ đó xác định được hệ số lực cản, lức nâng của xe.
2. Kiến nghị
Trong quá trình nghiên cứu, do thời gian có hạn nên bài toán mô phỏng chỉ dừng lại ở dạng 2D. Đây có thể là một trong những nguyên nhân dẫn đến sai số đối với kết quả thu được. Chính vì vậy, nếu có điều kiện tiếp, bài toán cần được phát triển ở dạng mô hình 3D để có thể tiến sát đến với thực tế hơn.
Bên cạnh đó, đối với phương pháp thực nghiệm, việc gá lắp thiết bị đo hiện vẫn còn một số bất cập. Đặc biệt là đối với việc gá lắp để đo giá trị lực nâng. Do đó, việc tiếp tục nghiên cứu, cải tiến bộ gá lắp thiết bị đo cũng như gá lắp xe là cần thiết.
PHỤ LỤC
Hình 3.24: Đồ thị giá trị điện áp và lực cản quy đổi của cả hệ thống ở vận tốc 40km/h
Hình 3.25: Đồ thị giá trị điện áp và lực cản quy đổi của bộ gá ở vận tốc 40km/h
Hình 3.27: Đồ thị giá trị điện áp và lực cản quy đổi của bộ gá ở vận tốc 50km/h
Hình 3.28: Đồ thị giá trị điện áp và lực cản quy đổi của cả hệ thống ở vận tốc 60km/h
Hình 3.30: Đồ thị giá trị điện áp và lực nâng quy đổi của hệ thống ở vận tốc 40km/h
Hình 3.31: Đồ thị giá trị điện áp và lực nâng quy đổi của hệ thống ở vận tốc 50 km/h
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. David Piech.JD (2012), Aerodynamic Development at Navistar, Journal of Engineering Research and Studies, 3 (1), pp 91-95.
2. G. Dimitriadis (2009), Vehicle Aerodynamic, Université de Liège, Warrendale, Cambridge.
3. Inchul Kim, Xin Geng (2002), Optimization of Body Shape through Computation of Aerodynamic Forces on Low Mass Vehicle, Department Of Mechanical Engineering, University Of Michigan-Dearborn, Dearborn, Mi 48128. 4. Ion TABACU , Victor IORGA (2010), Numerical simulation of flows
around two different shaped cars using cfd, Scientific Bulleti, p20 (B).
5. John F Douglas, Janusz M Gasiorek (2005), Fluid Mechanics, Published by Pearson Educations.
6. Matus, R. (1994), Modeling ExternalAerodynamics, Fluent Inc., User's Group, BurlingtonVT.
7. Milan Batista, Marko Perkovič (2011), “A simple static analysis of moving road vehicle under crosswind”, University of Ljubljana, Faculty of
Maritime studies and Transport, Pot pomorščakov 4, 6320 Portorož,
Slovenia, EU.
8. Sadraey M. (2009), Chapter 3 Drag Force and Drag Coefficient From, Daniel Webter college.
9. Walter Meile, Günter Brenn, Aaron Reppenhagen (2011), Experiments and numerical simulations on the aerodynamics of the Ahmed body W. Meile1, CFD Letter, 3 (1), pp1.
10. Wolf-Heinrich Hucho (1993),” Aerodynamics of road vehicles”, Annu.